陳曉東 寧鵬 苗科 李浩浩 郝慧榮

摘要：指出了測(cè)量是貫穿于森林資源調(diào)查、規(guī)劃、林業(yè)各項(xiàng)工程施工、監(jiān)瀏等全過(guò)程的最基礎(chǔ)工序，該工序完成的準(zhǔn)確性和實(shí)用性對(duì)林業(yè)各項(xiàng)工作的成效影響很大。介紹了一種基于超聲波測(cè)距原理的測(cè)量工具，Vertex 1V;fv Transponder T3，通過(guò)該組工具的配合使用，可方便、快捷、科學(xué)、高效地完成林業(yè)外業(yè)工作中常用的樹(shù)高、距離、角度、斷面積的測(cè)童工作，尤其適合樣圓法調(diào)查。提出了該組測(cè)量?jī)x器使用的注意事項(xiàng)，希望對(duì)相關(guān)工作提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：Vertex Ⅳ工具;Transponder T3工具;超聲波測(cè)距;測(cè)量

中圖分類號(hào)：S750 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）22-0175-02

1 引言

測(cè)量，是貫穿于森林資源調(diào)查、規(guī)劃、林業(yè)各項(xiàng)工程施工、監(jiān)測(cè)等全過(guò)程的最基礎(chǔ)工序，傳統(tǒng)外業(yè)調(diào)查中，測(cè)距主要靠測(cè)繩完成，測(cè)樹(shù)高和坡度靠估測(cè)完成，所得數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，嚴(yán)重制約了林業(yè)各項(xiàng)工作，引入科學(xué)的量測(cè)工具，可以提高林業(yè)調(diào)查的質(zhì)量和效率川，進(jìn)而促進(jìn)林業(yè)全過(guò)程整體質(zhì)量的提升。

2 Vertex Ⅳ、Transponder T3組件外觀

特征和功能簡(jiǎn)述

Vertex Ⅳ、Transponder T3是由瑞典Haglf公司生產(chǎn)的一組測(cè)量工具。該組測(cè)量工具在林業(yè)上主要用來(lái)測(cè)樹(shù)高，也能被用來(lái)測(cè)量距離、水平距離、角度等。

2.1 Vertex Ⅳ外觀特征和功能簡(jiǎn)述

Vertex Ⅳ有兩個(gè)方向鍵（DME鍵和IR鍵）和一個(gè)開(kāi)機(jī)鍵（ON鍵）。

方向鍵用來(lái)選擇各菜單項(xiàng)和設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)按兩個(gè)方向鍵可以關(guān)閉儀器（或者60s之內(nèi)無(wú)操作，該儀器可自動(dòng)關(guān)閉）。ON鍵用來(lái)開(kāi)機(jī)、確認(rèn)各項(xiàng)參數(shù)和確認(rèn)瞄準(zhǔn)目標(biāo)。

Vertex Ⅳ供電采用1節(jié)1.5VAA堿性電池（5號(hào)），正極朝里，正常情況下1節(jié)電池可以維持儀器正常運(yùn)轉(zhuǎn)幾周甚至幾個(gè)月。經(jīng)實(shí)際使用驗(yàn)證，續(xù)航時(shí)間至少可以達(dá)到3個(gè)月。

溫度傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)外界溫度，由于Vertex Ⅳ是通過(guò)超聲波的發(fā)射和接收過(guò)程來(lái)測(cè)定距離，而溫度、濕度、氣壓、噪音會(huì)影響超聲波傳輸，其中溫度對(duì)超聲波傳輸?shù)挠绊懽畲螅瑸榻鉀Q這個(gè)問(wèn)題，該儀器內(nèi)置了溫度補(bǔ)償機(jī)制并通過(guò)校驗(yàn)過(guò)程來(lái)確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

Vertex Ⅳ長(zhǎng)8cm，寬5cm，厚3cm，并在電池后蓋位置設(shè)有方便攜帶的掛繩，適合野外作業(yè)。

2.2 Transponder T3及其配件外觀及功能簡(jiǎn)述

T3應(yīng)答器通過(guò)超聲波的收發(fā)與Vertex Ⅳ配合使用，開(kāi)啟狀態(tài)下T3會(huì)不間斷無(wú)規(guī)則的發(fā)出“嘀”響。該圓形應(yīng)答器直徑6cm，厚度3cm，內(nèi)設(shè)的揚(yáng)聲器可以指征該應(yīng)答器是否被開(kāi)啟。

T3上不設(shè)開(kāi)關(guān)，只能通過(guò)Vertex Ⅳ上的DME鍵來(lái)開(kāi)啟或關(guān)閉。開(kāi)啟方法：T3關(guān)閉狀態(tài)下，將VertexⅣ和T3上的揚(yáng)聲器口兩兩相對(duì)，長(zhǎng)按Vertex Ⅳ上的DME鍵直到T3發(fā)出“嘀嘀”兩聲響。關(guān)閉方法：將Vertex Ⅳ和T3上的揚(yáng)聲器口兩兩相對(duì)，長(zhǎng)按VertexⅣ上的DME鍵直到T3發(fā)出“嘀嘀嘀嘀”四聲響。

T3采用1節(jié)1.5VAA堿性電池（5號(hào)）供電，整個(gè)T3后蓋可以旋開(kāi)以更換電池。

T3設(shè)有固定鉤和固定卡扣，方便將設(shè)備固定在待測(cè)物體表面（林業(yè)上主要是樹(shù)皮上），T3應(yīng)答器可以接收60°范圍的信號(hào)。在測(cè)量高度時(shí)，T3放置的高度應(yīng)與內(nèi)設(shè)的T.HEIGHT值一致，為高度測(cè)量提供一個(gè)固定的高度參考。

3 Vertex Ⅳ、Transponder T3及其配件的使用方法

3.1 校準(zhǔn)

校驗(yàn)所產(chǎn)生的誤差將將作為系統(tǒng)誤差永久存在，所以高質(zhì)量的校驗(yàn)工作很有必要。因?yàn)闇囟葘?duì)超聲波的傳播影響較大[2]，在進(jìn)行校驗(yàn)前應(yīng)給儀器10min的時(shí)間去適應(yīng)外界溫度。

校驗(yàn)時(shí)，首先開(kāi)啟Vertex Ⅳ、Transponder T3，使二者處于同一高度，在T3和Vertex Ⅳ前端之間使用測(cè)繩確定出一個(gè)準(zhǔn)確的10m距離。確定好之后，打開(kāi)Vertex Ⅳ翻到校驗(yàn)（CALIBRATE）選項(xiàng)并進(jìn)入，按ON鍵，儀器將會(huì)以T3和Vertex Ⅳ之間的距離為標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)到10m整，以后的距離測(cè)量也將以此次的校驗(yàn)結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 測(cè)量距離

Vertex Ⅳ在關(guān)閉狀態(tài)下，瞄準(zhǔn)T3，僅按一次DME鍵，可以觸發(fā)Vertex Ⅳ的距離測(cè)量功能并在顯示器上顯示量測(cè)到的距離結(jié)果。

3.3 測(cè)量角度

開(kāi)啟Vertex Ⅳ并轉(zhuǎn)到角度（ANGLE）菜單，瞄準(zhǔn)T3，長(zhǎng)按ON鍵直到紅十字絲消失。角度值同時(shí)顯示角度（Degree 0-360），斜度（Gradient 0～400），百分度（%0～100）3種表達(dá)格式。

3.4 測(cè)量水平距

開(kāi)啟Vertex W并轉(zhuǎn)到角度（ANGLE）菜單，測(cè)量完角度值后，將Vertex N保持在剛剛測(cè)定角度時(shí)的位置，同時(shí)按DME鍵一次，所得距離即為Vertex Ⅳ到T3之間的水平距離。

3.5 測(cè)量高度

樹(shù)高是進(jìn)行蓄積量、生長(zhǎng)量測(cè)算的重要參數(shù)，傳統(tǒng)測(cè)量中采用對(duì)比估計(jì)法所得的樹(shù)高數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊[3]，使得在此基礎(chǔ)上得到的調(diào)查數(shù)據(jù)甚至后期的規(guī)劃數(shù)據(jù)的可信度降低[4]。該儀器測(cè)量樹(shù)高基于三角函數(shù)原理，測(cè)量結(jié)果科學(xué)可靠。測(cè)量樹(shù)高步驟如下。

①開(kāi)啟T3，將其固定于樹(shù)干上，高度與內(nèi)設(shè)的T.HEIGHT值（默認(rèn)為1.3m）一致。

②按ON鍵開(kāi)啟Vertex Ⅳ，轉(zhuǎn)到樹(shù)高（HEIGHT）選項(xiàng)，透過(guò)瞄準(zhǔn)鏡中的紅十字絲對(duì)準(zhǔn)T3超聲波接收口，長(zhǎng)按ON鍵直到紅十字絲消失，釋放ON鍵，紅十字絲變成閃爍狀態(tài)。

③保持紅十字絲閃爍狀態(tài)，瞄準(zhǔn)要測(cè)定的高度位置，長(zhǎng)按ON鍵直到紅十字絲消失，則第一個(gè)高度值被鎖定并在顯示屏上顯示出來(lái)，重復(fù)該步驟可多次測(cè)量不同高度。

3.6 計(jì)算斷面積系數(shù)（BAF）最小計(jì)入胸徑值

Vertex Ⅳ內(nèi)置了公頃斷面積G測(cè)量功能，內(nèi)置的角規(guī)常數(shù)F值包含從0.5、1.0、2.0一直到9.0，共計(jì)10個(gè)F值。通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量樣木距離樣點(diǎn)中心的距離S，Vertex Ⅳ能提供允許計(jì)入繞測(cè)值Zi的樣木最小胸徑值D（min），如果該樣木胸徑D大于最小胸徑值D（min），則計(jì)入1;如果等于，則計(jì)入0.5;如果小于，則計(jì)入0。

公頃斷面積G=角規(guī)常數(shù)F·繞測(cè)計(jì)數(shù)和∑Zi

樣木最小胸徑值D（min）=S·√F/50，單位都是厘米（cm）.如角規(guī)常數(shù)為1，則距離樣圓中心點(diǎn)10m（S值）處的樣木最小計(jì)入胸徑為20cm，如果該樣木胸徑小于20cm則不計(jì)入;如果等于20cm則計(jì)入0.5;如果大于20cm則計(jì)入1。

通過(guò)分樹(shù)種，分徑階記錄繞測(cè)計(jì)數(shù)值Zi，可得到林分的公頃蓄積量，分樹(shù)種平均胸徑，平均樹(shù)高，樹(shù)種組成和各樹(shù)種株數(shù)等數(shù)據(jù)。

4 使用注意事項(xiàng)

為得到準(zhǔn)確樹(shù)高值，觀測(cè)者距離被測(cè)樹(shù)的距離應(yīng)與被測(cè)樹(shù)高大致相等，這個(gè)距離范圍內(nèi)觀測(cè)者可以獲得最優(yōu)視角，能夠同時(shí)方便的觀測(cè)到T.HEIGHT位置和樹(shù)梢。

Vertex Ⅳ測(cè)量高度時(shí)默認(rèn)被測(cè)量物體垂直于地面，假如一棵樹(shù)是斜著生長(zhǎng)的，用該方法測(cè)定的高度為只能是垂直高度，比實(shí)際的樹(shù)高小。

進(jìn)行測(cè)量前，應(yīng)給儀器足夠的時(shí)間適應(yīng)外界環(huán)境，最好在當(dāng)時(shí)測(cè)量的環(huán)境下進(jìn)行一次校驗(yàn)。

在測(cè)量樣木至樣點(diǎn)中心的距離時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量樣木中心（默認(rèn)為1.3m樹(shù)高處樹(shù)干中心）至樣點(diǎn)中心的距離。

5 結(jié)語(yǔ)

林業(yè)外業(yè)測(cè)量環(huán)境復(fù)雜多樣，部分地區(qū)坡度大，地形破碎，下木灌木層密集分布，使用傳統(tǒng)工具量測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需科學(xué)計(jì)算器的協(xié)助才能準(zhǔn)確測(cè)量水平距離，樹(shù)高量測(cè)只能依靠估計(jì)，準(zhǔn)確度不足，嚴(yán)重制約了林業(yè)各項(xiàng)工作的順利開(kāi)展。后續(xù)引進(jìn)的激光點(diǎn)測(cè)、紅外測(cè)量等方法經(jīng)實(shí)地測(cè)驗(yàn)，只有在極為空曠的林分中才能正常使用，無(wú)法大面積推廣。

引入現(xiàn)代調(diào)查方法和儀器是現(xiàn)代林業(yè)的普遍要求[5]，Vertex Ⅳ和T3通過(guò)超聲波互動(dòng)方式進(jìn)行配合使用，具有重量輕、體積小、方便攜帶、精確可靠的優(yōu)點(diǎn)[6]，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)測(cè)量中的羅盤(pán)、花桿和測(cè)繩，能方便準(zhǔn)確地測(cè)量出樹(shù)高和水平距等常用參數(shù)，非常適合外業(yè)量測(cè)量具有一定的推廣意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉達(dá)，殷建良，熊康軍.LIDAR在林業(yè)測(cè)量中的應(yīng)用和研究[J].測(cè)繪與空間地理信息，2008（1）：115～119.

[2]范百興，謝孟利，楊再華，等.工業(yè)測(cè)量全站儀坐標(biāo)測(cè)量精度檢定方法[J].測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2015（3）：226～230.

[3]劉紹娟.森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查的關(guān)鍵技術(shù)、存在的問(wèn)題及對(duì)策[J].林業(yè)建設(shè)，2017（4）：46～49.

[4]蔡菊.有關(guān)森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查相關(guān)技術(shù)問(wèn)題的探討[J].中國(guó)科技投資，2016（13）.

[5]郭意明.森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查中“3S”技術(shù)的運(yùn)用[J].林業(yè)勘查設(shè)計(jì)，2018（3）：55～57.

[6]潘曉榮.淺析超聲波測(cè)距系統(tǒng)[J].科技風(fēng)，2016（23）：74.

收稿日期：2019-11-04

基金項(xiàng)目：中德合作山西森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)技術(shù)示范林場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目（編號(hào)：W-CHN19-01）

作者簡(jiǎn)介：陳曉東[1988-），男，工程師，碩士，研究方向?yàn)樯峙嘤?/p>